张德富 吕婷婷 卢涛 郭秋霞

(1.江西应用技术职业学院，江西 赣州 341000；2.东华理工大学 地球科学学院，江西 南昌 330013；3.赣州市质量监督检验所，江西 赣州 341000；4.贵州省紫云自治县狗场中学，贵州 安顺 550800)

0 引言

相山尾矿库位于江西省乐安县公溪镇莲塘与崇仁县马安镇潭源村交界处，自1973年开始投入使用，设计库容量为1900万m3，存放尾砂约5800 万t，属三级库，库区汇水面积1.63km2。矿区地形属中～低山区，三面环山，库型为山谷型，相对高差约150m。尾矿库附近有水冶厂，721 矿部距离尾矿库和水冶厂约7km。矿石在选冶过程中，会产生大量的尾矿砂和尾矿浆，通常情况下处理1t 铀矿石，大约会产生1.1～1.2t 的尾矿砂和尾矿浆，开采过程中“三废”的产生量巨大。尾矿砂和尾矿浆中含有的放射性元素U、Th 及重金属元素Mn、Fe、Cd、Ni、Zn、Cu 等会随水流迁移进入到环境中，最终在土壤中沉淀，污染土壤并毒害农作物，危害人类健康。

1 实验方案

实验所用样品为2016年7月14日取自相山尾矿库的尾砂，将样品分为两组，一组为砂样，样品编号为160714-WKB-1，铀的含量为625μg/g；另一组为黏土样，样品编号为160714-WKB-3，铀的含量为736μg/g；在实验室内室温下进行实验，将样品粉碎、过筛至200 目，分别用去离子水、浓度为2.5%、5%、7.5%的硫酸放置在25℃恒温水浴锅中浸泡10d，期间每天用磁力搅拌器搅拌30 分钟，之后，离心分离出上清液和渣样，渣样则用所对应的浸泡溶液清洗，渣样烘干保存，送实验室检测浸泡后渣样的成分。在实验过程中同时测定浸出液的pH 值、Eh 值。

2 实验仪器设备及药剂

2.1 试验所用的主要仪器设备

FA2004 电子天平秤(上海舜宇恒平科学仪器有限公司)、SHA-B 恒温振荡器(常州国华电器有限公司)、DK-98-ⅡA 电热恒温水浴锅(天津市泰斯特仪器有限公司)、101-1AB 电热鼓风干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司)、HC-2518 高速离心机(安徽中科中佳科学仪器有限公司)、YL-040S超声波清洗机(深圳市歌能清洗设备有限公司)、PHS-3CpH 计(上海仪电科学仪器股份有限公司)、10mL 移液管、250mL 锥形瓶、10mL 离心管、烧杯、量筒、锥形瓶等。

2.2 试验所用主要试剂

去离子水、98%浓硫酸。

3 实验过程

(1)砂样，黏土样各称取4 份样品，每份样品50g，分别放入250mL 的锥形瓶中，分别对应加入100mL 去离子水、浓度为2.5%、5%和7.5%的硫酸进行浸泡。(2)放置在25℃恒温水浴锅中保温浸泡10d。(3)期间每天用恒温振荡器振荡30min，静置后，用pH 计测量Ph 及Eh。(4)用离心机离心分离出上清液和渣样，渣样用所对应的浸泡液清洗3～5 遍。(5)最后渣样放入电热鼓风干燥箱中在60℃下干燥24h，保存送样。

4 结果及讨论

4.1 Eh、pH变化

砂样在去离子水的淋浸下，浸出液pH 值变化幅度为6.67～8.04；在2.5%H2SO4淋浸下，浸出液pH值变化幅度为0.62～2.68；在5%H2SO4淋浸下，浸出液pH 值变化幅度为0.25～1.05；在7.5%H2SO4淋浸下，浸出液pH 值变化幅度为0.03～0.54。黏土样在去离子水的淋浸下，浸出液pH 值变化幅度为6.78～8.37；在2.5%H2SO4淋浸下，浸出液pH 值变化幅度为3.28～6.07；在5%H2SO4淋浸下，浸出液pH 值变化幅度为0.7～1.97；在7.5%H2SO4淋浸下，浸出液pH 值变化幅度为0.27～0.96。

浸出液的pH 值在0～7d 内缓慢上升，7～9d 内略微下降，然后趋于稳定。pH 值缓慢上升的原因可能是铀尾矿样中含有的碳酸盐或石灰等碱性物质与H2SO4发生中和反应，pH 值略微下降的原因可能是尾矿砂内包裹的FeS2等硫化物被H2SO4酸化溶解。

Eh 代表氧化还原电位，电位为正表示溶液显示出一定的氧化性，为负则表示溶液显示出还原性，除了去离子水显示为还原性外，其余溶液均显示为氧化性，Eh 随着时间缓慢变小，最后趋于稳定，与pH 的变化趋势大致相反。

砂样和黏土样在相同的浸泡液下pH 值变化也有所不同。去离子水浸出液pH 值基本相同，在相同酸性浸泡溶液中，黏土样浸泡溶液的pH 值要比砂样大，原因可能是黏土样中含有更多的碳酸盐或石灰等碱性物质，以及黏土样的颗粒更小，与H2SO4接触的表面积大，使得与H2SO4的作用更加强烈，可以中和更多的H2SO4。

4.2 U元素变化

砂样分别用去离子水、浓度为2.5%、5%及7.5%的H2SO4浸泡(表1)，铀的浸出率随着H2SO4浓度的增加而增大，去离子水对铀的浸出效果相当微弱，浸出率仅为0.7%左右，在误差范围内可认为不变；浓度为5%和7.5%的H2SO4对U 的浸出效果明显好于去离子水和浓度为2.5%的H2SO4，且两者对铀的浸出率相差不大，推测浓度为5%的H2SO4对铀浸出达到最佳效果。

相同浸泡液下，黏土样中铀的浸出率要高于砂样，这可能由于黏土颗粒更小更容易与H2SO4反应，反应速率更快。铀的浸出率没有达到百分之百，推测尾砂中的铀以难浸铀矿物或被脉石矿物包裹的形式存在，化学反应缓慢，浸出较困难。为加快铀的浸出速率，提高铀的浸出率，我们后期将设计在5%H2SO4最佳浸出浓度下，加入不同浓度的氧化剂，探索氧化剂对铀浸出行为的影响。

表1 在不同浓度H2SO4浸泡下铀的浸出率

5 结语

通过对尾矿库尾砂污染机制的实验研究，我们可以得到以下结论：(1)浸出液的pH 值在0～7d 内缓慢上升，7～9d 内略微下降，然后趋于稳定。pH 值缓慢上升的原因可能是铀尾矿样中含有的碳酸盐或石灰等碱性物质与H2SO4发生中和反应，pH 值略微下降的原因可能是尾矿砂内包裹的FeS2等硫化物被H2SO4酸化溶解。(2)相同酸性浸泡溶液中，黏土样浸泡溶液的pH 值要比砂样浸泡溶液pH 值大，可反映出黏土对重金属元素的浸出效果更好。(3)U 的浸出率随着H2SO4浓度的增加而增大，浓度为5%和7.5%的H2SO4对U 浸出效果相差不大，推测浓度为5%的H2SO4对U 的浸出效果达到最佳。